自從尼爾·斯蒂芬森1992年的科幻小說《雪崩》（Snow Crash）中首次創(chuàng)造“元宇宙”（Metaverse）一詞以來，很多人都對它著迷?，F(xiàn)在，幾十年過去了，從科幻小說的版本入手，公司正在建立真正的元宇宙。

Metaverse——虛擬空間，3D虛幻世界。

定義：a 3D virtual world, esp in an online role-playing game：3D虛幻世界；尤指通過網(wǎng)絡(luò)扮演角色游戲創(chuàng)造的世界

解釋：元宇宙是一個(gè)集合的虛擬共享空間，由虛擬增強(qiáng)的物理現(xiàn)實(shí)和物理持久的虛擬空間聚合而成，包括所有虛擬世界、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和互聯(lián)網(wǎng)的總和。metaverse這個(gè)詞是由前綴“meta”(意為“beyond”)和“universe”組合而成的，通常用于描述互聯(lián)網(wǎng)未來迭代的概念，由持久的、共享的、三維虛擬空間連接到一個(gè)可感知的虛擬世界中。

元宇宙、空間計(jì)算和5G通信

不知你聽說過沒有，下一個(gè)版本的互聯(lián)網(wǎng)也稱為魔幻宇宙（Magicverse，Magic Leap公司）、賽博宇宙（Cyberverse，華為公司）或行星級AR（Planet scale AR，Niantic公司），其特點(diǎn)是持久共享的虛擬空間，提供跨平臺(tái)和現(xiàn)實(shí)世界的體驗(yàn)和操作。它也有自己的經(jīng)濟(jì)和媒體。雖然公司爭先恐后地?fù)屜鹊竭_(dá)，但史詩游戲已經(jīng)有了完美的基礎(chǔ)——在線視頻游戲福特尼特（Fortnite）。這是第一款真正意義上的跨平臺(tái)游戲。從玩家總數(shù)來看，上2019年3月官方公布的數(shù)字為2.5億。由于它的流行，它顯示出了希望。

與元宇宙的關(guān)鍵區(qū)別在于福奈特不是一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)世界。但是。當(dāng)我們有一個(gè)始終在線的虛擬環(huán)境，可以無縫地與我們的現(xiàn)實(shí)世界分層，數(shù)百萬人同時(shí)與之交互時(shí)，我們就有了一個(gè)元宇宙。

混合現(xiàn)實(shí)初創(chuàng)公司Magic Leap的首席執(zhí)行官羅尼·阿博維茨在一篇博文中寫道：“元宇宙充滿活力，是人類生命無盡創(chuàng)意表達(dá)的家園。它還可以成為一種結(jié)構(gòu)，通過共享公共服務(wù)將社區(qū)聯(lián)系在一起。空間計(jì)算與數(shù)字技術(shù)一起創(chuàng)造了場所、物質(zhì)的力量?！?/p>

阿博維茨接著解釋了空間計(jì)算的重要性：“后COVID經(jīng)濟(jì)將是一種彈性經(jīng)濟(jì)，企業(yè)能夠跨遠(yuǎn)距離運(yùn)營，并以模擬物理交互的方式與客戶聯(lián)系，但受益于高速網(wǎng)絡(luò)的速度和規(guī)模，這將是至關(guān)重要的?？臻g計(jì)算將在很大程度上成為即將到來的經(jīng)濟(jì)變革的一部分。Magic Leap在這一領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作為我們提供了一個(gè)豐富的技術(shù)和訣竅平臺(tái)，幫助我們迎來這個(gè)空間轉(zhuǎn)型的時(shí)代?！?/p>

空間計(jì)算與擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（extended reality，XR）有著廣泛的同義關(guān)系，XR是虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)的總稱。它是將物理空間用作計(jì)算機(jī)接口的實(shí)踐。機(jī)器不再需要固定位置。

到目前為止，我們都是通過打字、觸摸和屏幕與電腦互動(dòng)。用于空間計(jì)算的用戶界面將完全不同。想想眼控互動(dòng)、肢體或手勢以及聲音控制。硬件將是不可見的。在我們的祖先看來，固定電腦和盯著平板屏幕的概念是荒謬的。

我們已經(jīng)在用3D語言思考和說話，我們的生活在3D空間中移動(dòng)，與3D物體互動(dòng)。既然技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)新的計(jì)算時(shí)代，那么遠(yuǎn)離2D的過渡就至關(guān)重要了。這就是為什么所有的巨頭，從臉書到谷歌再到蘋果，都在轉(zhuǎn)向空間計(jì)算和XR設(shè)備。

蘋果正在開發(fā)一款A(yù)R眼鏡，臉書也正在開發(fā)AR眼鏡，并宣布已與微LED技術(shù)AR/MR顯示應(yīng)用前沿的嵌入式技術(shù)開發(fā)商Plessey達(dá)成協(xié)議。Plessey將授權(quán)其AR技術(shù)，并在未來幾年內(nèi)將其產(chǎn)品奉獻(xiàn)給臉書。此舉使臉書在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡的競爭中領(lǐng)先一步。

雖然元宇宙是一個(gè)巨大的發(fā)明，但XR設(shè)備將連接到它，取代計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)。我們還需要高速無線網(wǎng)絡(luò)——5G及以上，以促進(jìn)這一切。這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，需要數(shù)年才能實(shí)現(xiàn)。

鑒于COVID-19已經(jīng)實(shí)施了社會(huì)距離措施，圍繞空間計(jì)算和元宇宙的討論現(xiàn)在更加重要。現(xiàn)在比以往任何時(shí)候都更需要以新的、有意義的方式進(jìn)行聯(lián)系。這場危機(jī)應(yīng)該使實(shí)現(xiàn)下一代互聯(lián)網(wǎng)空間成為更大的焦點(diǎn)。

美軍對地理空間元宇宙的研究

隨著新的地理空間能力的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，許多人觀察到的一個(gè)新興趨勢是，作戰(zhàn)人員和應(yīng)急反應(yīng)人員需要擁有合成訓(xùn)練環(huán)境，仔細(xì)模擬他們工作的物理作戰(zhàn)世界。因此，我們看到地理空間數(shù)據(jù)的3D 建模與作戰(zhàn)要求相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)收集之間進(jìn)行了更密切的合作。

在地理空間情報(bào)（GEOINT）領(lǐng)域，美軍提出地理空間元宇宙（Geospatial Metaverse）概念，并與基礎(chǔ)設(shè)施、諜報(bào)技術(shù)和應(yīng)用進(jìn)行關(guān)聯(lián)研究。認(rèn)為建模、仿真和游戲代表了地理空間情報(bào)的未來。有利于在任務(wù)規(guī)劃、訓(xùn)練和建模中提高三維地形模型的空間分辨率和精度。

美國地理空間情報(bào)基金會(huì)（USGIF）設(shè)立的建模、仿真和游戲（MS&G）工作組，通過討論如何使建模、仿真和游戲技術(shù)與GEOINT更具互操作性，向全球GEOINT社區(qū)宣傳最新趨勢和實(shí)踐。該小組尋求與工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和政府合作，突出先進(jìn)的研究概念和商業(yè)技術(shù)發(fā)展，支持能夠在需要時(shí)提供權(quán)威和相關(guān)地理信息的地理空間建模、仿真和游戲系統(tǒng)。最近，該工作組與開放地理空間聯(lián)盟(OGC)和下屬的互操作性、仿真與游戲(IS&G)工作組合作，重點(diǎn)研究先進(jìn)技術(shù)，并支持地理空間建模、仿真和游戲系統(tǒng)。發(fā)表了一篇題為《利用3D建模、仿真和游戲引擎推進(jìn)地理空間情報(bào)諜報(bào)技術(shù)的互操作性》的技術(shù)論文，概括了小組在行業(yè)、政府和學(xué)術(shù)界捕捉到的許多技術(shù)趨勢。2020年3月9日至10日，USGIF和OGC合作主辦了首屆虛擬GEOINT社區(qū)論壇，題為“地理空間元宇宙：基礎(chǔ)設(shè)施、諜報(bào)技術(shù)和應(yīng)用”。該活動(dòng)提供了對地理空間基礎(chǔ)設(shè)施、業(yè)務(wù)技術(shù)演進(jìn)、游戲引擎和沉浸式應(yīng)用的深入了解。重點(diǎn)關(guān)注GEOINT和傳統(tǒng)建模仿真社區(qū)之間正在出現(xiàn)的業(yè)務(wù)技術(shù)融合。

USGIF和OGC共同發(fā)表的技術(shù)論文，主要涉及以下內(nèi)容：

一是當(dāng)前的3D和4D技術(shù)能力能夠支持建模、仿真和游戲操作的執(zhí)行，但同時(shí)在技術(shù)和操作方面明顯脫節(jié)。需要兩種解決方案來解決這個(gè)問題，這兩種方案都在這篇技術(shù)論文中涉及：第一，利用所有的數(shù)據(jù)，第二，利用未來的自動(dòng)化技術(shù)，比如人工智能。

二是關(guān)于MS&G領(lǐng)域技術(shù)的整合和改進(jìn)，該技術(shù)文件強(qiáng)調(diào)指出，它的準(zhǔn)確性正在提高，從而為用戶提供更好的體驗(yàn)，并彌合地理空間信息和合成數(shù)據(jù)之間的差距。

三是當(dāng)前3D地形系統(tǒng)需要提高圖形逼真度，以進(jìn)一步提升用戶體驗(yàn)。如果這是一個(gè)足夠高的質(zhì)量，地理空間合成數(shù)據(jù)可以用于技術(shù)和人類的培訓(xùn)目的。當(dāng)與算法透明性相結(jié)合時(shí)，接受3D和4D設(shè)備和程序以實(shí)現(xiàn)技能掌握將變得更加普遍。

四是從國家安全經(jīng)驗(yàn)來看，高光譜數(shù)據(jù)可能受到3D/4D技術(shù)影響。從學(xué)術(shù)的角度來看，高光譜[數(shù)據(jù)]將成為新的狂野西部。高光譜信息在建模、仿真和游戲領(lǐng)域的細(xì)分領(lǐng)域尚未完全實(shí)現(xiàn)，但肯定會(huì)朝著這個(gè)方向發(fā)展。

五是一致性有時(shí)比過多強(qiáng)調(diào)技術(shù)進(jìn)步更重要，創(chuàng)造可靠的技術(shù)可以讓用戶對其能力產(chǎn)生額外的信任，證明穩(wěn)定的技術(shù)應(yīng)該優(yōu)先于創(chuàng)造可能無法控制的功能。

哪些領(lǐng)域是未來最難解決的——軟件、硬件、數(shù)據(jù)還是文化。MS&G小組成員一致認(rèn)為，數(shù)據(jù)將是最困難的，因?yàn)檫\(yùn)行模型和模擬所需的信息量非常大，很難傳輸。一旦數(shù)據(jù)管理障礙被克服，將產(chǎn)品和應(yīng)用送到值得信賴的消費(fèi)者手中將是MS&G社區(qū)的下一個(gè)階梯。

3D地形模型價(jià)值鏈條上的問題和挑戰(zhàn)

當(dāng)前，3D地形正在經(jīng)歷一場創(chuàng)新革命，并在各種地理空間利益相關(guān)者中得到采用。3D GEOINT對于提供分析內(nèi)容和可視化至關(guān)重要，這些內(nèi)容可以讓我們了解今天的威脅，并預(yù)測明天。這將導(dǎo)致我們改變對情報(bào)議題的理解方式，包括戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略，涵蓋從太空到地表、到地下基礎(chǔ)設(shè)施和海底的領(lǐng)土。

圍繞整個(gè)3D地形模型的價(jià)值鏈，今后研究主題涉及以下方面。

首先，3D建模的三個(gè)主要問題：及時(shí)性、保真度和創(chuàng)建3D環(huán)境的權(quán)威性。特別是如何減少從數(shù)據(jù)收集到3D融合的時(shí)間？如何利用激光雷達(dá)傳感器和來自世界各地的衛(wèi)星圖像，獲得地球上任何地方正在發(fā)生的事情更快、更準(zhǔn)確的圖像？

其次，推動(dòng)高空間精度的3D，要求3D既可操作，又可用于各種不同的工作流程。優(yōu)化運(yùn)營、降低成本并提高安全性。如果沒有很高的空間精度和后續(xù)與5G的兼容性，從規(guī)劃到作戰(zhàn)的過渡是困難的。此外，為了應(yīng)對COVID-19疫情大流行，美國將在基礎(chǔ)設(shè)施方面投入刺激資金。讓立法更快地落地的方法之一是利用數(shù)字孿生/3D沉浸式環(huán)境進(jìn)行前期調(diào)查和規(guī)劃活動(dòng)。持續(xù)監(jiān)測、維護(hù)以及與物聯(lián)網(wǎng)傳感器的結(jié)合都是與此類項(xiàng)目相關(guān)的任務(wù)，這些任務(wù)可以通過三維建模來增強(qiáng)，但需要空間精度和精度才能成功。

第三，數(shù)據(jù)如何在系統(tǒng)中得到使用？你如何使系統(tǒng)與數(shù)據(jù)兼容？你怎么把數(shù)據(jù)弄到戰(zhàn)術(shù)前緣去？這是3D地形和建模的額外挑戰(zhàn)，特別是對美國陸軍未來司令部的“同一個(gè)世界地形”（One World Terrain）項(xiàng)目來說。你擁有了世界上最好的厘米級模型，但是如果你的系統(tǒng)收到硬件挑戰(zhàn)、軟件限制等，無法將它們接入武器系統(tǒng)，將內(nèi)容分發(fā)到戰(zhàn)術(shù)前緣，那么它們就沒有價(jià)值。因此必須關(guān)注3D建模的實(shí)用性，將重點(diǎn)放在以及數(shù)據(jù)壓縮、細(xì)節(jié)表達(dá)和瓦片結(jié)構(gòu)。

第四，數(shù)據(jù)分析與意義建構(gòu)問題。在信息傳遞的最后階段，對于一名分析師來說，他們的工作是試圖弄清楚所有這些數(shù)據(jù)的意義，但他們還必須與打算對此做些什么的人進(jìn)行溝通。我們在X、Y和z軸上的空間精度和時(shí)間越高，就越有可能將機(jī)器輔助推向價(jià)值鏈的下游，更接近意義構(gòu)建。我們可以比以往更快地從感知轉(zhuǎn)變?yōu)檎J(rèn)知。然而，在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)人類認(rèn)知過程的技術(shù)時(shí)，尊重人類的認(rèn)知過程仍然很重要。我們的大腦并不是從二維圖像中提取三維屬性。

3D建模價(jià)值鏈的重點(diǎn)通常應(yīng)指向上游。在價(jià)值鏈的起點(diǎn)出現(xiàn)的錯(cuò)誤，可能在價(jià)值鏈的盡頭以意想不到的方式出現(xiàn)。這樣的錯(cuò)誤可能會(huì)超出帶寬或分布范圍，例如，計(jì)算問題可能要到3D建模分布周期的后期才會(huì)有結(jié)果。

3D的地形建模的最終目標(biāo)是什么：一個(gè)全球模式？在新的傳感器和大規(guī)模云計(jì)算的基礎(chǔ)上，它的精確度和現(xiàn)勢性達(dá)到了什么水平？什么時(shí)候才能實(shí)現(xiàn)？以前，它可能是一個(gè)包裹在WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)中的整個(gè)星球的厘米級地表模型，包含所有與材料、特征類型和組成相關(guān)的元數(shù)據(jù)。從技術(shù)角度看是可行的,但它不能僅僅是一堆不同的高分辨率源聚在一起,然后試圖發(fā)送給用戶使用。這主要看消費(fèi)者的需求。

空間分辨率、時(shí)間分辨率和成本之間存在一種平衡狀態(tài)。當(dāng)你深入到感興趣的領(lǐng)域時(shí)，也許你會(huì)發(fā)現(xiàn)在大城市里，需求是10厘米到10厘米以下的范圍。當(dāng)你在訓(xùn)練現(xiàn)場或合成訓(xùn)練環(huán)境時(shí)，也許你想要在1到2厘米的精度范圍內(nèi)。目前，精確到已經(jīng)不是技術(shù)問題，而是成本問題。

隨著我們從iPhone等設(shè)備上觀測到的空間精度的提高，將看到更多的眾包數(shù)據(jù)和更準(zhǔn)確的結(jié)果。在此之前，我們必須等待配備更先進(jìn)的傳感器的通用技術(shù)裝備，例如，帶激光雷達(dá)的iPhone。

小結(jié)

地理空間元宇宙是當(dāng)前美軍地理空間情報(bào)部門的熱門話題，而其主要目的是利用當(dāng)前3D、4D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)步，為陸軍創(chuàng)建戰(zhàn)場合成訓(xùn)練環(huán)境，使得GEOINT能夠在未來幾年幫助提高士兵訓(xùn)練和任務(wù)效率。具體項(xiàng)目是美國陸軍的一個(gè)世界地形(OWT)項(xiàng)目。OWT計(jì)劃提供3D全球地形數(shù)據(jù)、能力和服務(wù)，復(fù)制作戰(zhàn)環(huán)境的覆蓋范圍和復(fù)雜性。這一點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)楫?dāng)前的地理空間生態(tài)系統(tǒng)規(guī)模龐大，往往支離破碎，各種收集方法、數(shù)據(jù)庫和組織并存。OWT團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目開始時(shí)構(gòu)思了生成特定地理區(qū)域3D內(nèi)容的工作流時(shí)，他們關(guān)注的是與訓(xùn)練、仿真和系統(tǒng)相關(guān)的應(yīng)用。目標(biāo)是獲取地形區(qū)域，并在士兵進(jìn)行訓(xùn)練演習(xí)時(shí)將原型機(jī)交到他們手中。

3D地形領(lǐng)域需要強(qiáng)大的領(lǐng)導(dǎo)、治理和標(biāo)準(zhǔn)；需要正確處理3D數(shù)據(jù)的供求關(guān)系，特別是打造良好的3D數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和傳遞鏈條；需要重新思考如何開展業(yè)務(wù)，并確定流程中適合自動(dòng)化的部分，以便讓分析師發(fā)揮最大能力。

經(jīng)過幾年的設(shè)計(jì)和研究，美國陸軍的OWT系統(tǒng)大量采用了自動(dòng)化技術(shù)，其產(chǎn)品非常好，技術(shù)非常好，逼真度非常好，精確度非常好。當(dāng)然，合成訓(xùn)練環(huán)境（STE）是否將取代現(xiàn)場訓(xùn)練，美軍高級將領(lǐng)認(rèn)為，這永遠(yuǎn)不會(huì)是事實(shí)，“因?yàn)闆]有任何東西可以代替現(xiàn)在，身處混亂、戰(zhàn)爭的迷霧中。我們所能做的是，試著設(shè)定一些條件，這樣當(dāng)你進(jìn)入那個(gè)階段的時(shí)候，你就會(huì)感到足夠舒服，因?yàn)槟阋呀?jīng)完成了一些動(dòng)作和設(shè)定，并且有一些必要的經(jīng)驗(yàn)使你比以前更熟練。”

參考文獻(xiàn)：

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